智能无盲区电磁防盗系统的制作方法

本发明主要涉及电磁式商品防盗系统在各类超市商品防盗中无盲区技术的应用，尤其是用于较宽出入场口、对防盗标签有较小尺寸要求、以及金属膜或金属盒作为外包装和含有液体成分的商品。

背景技术：
：

目前公认的电磁防盗系统主要作为各类图书馆、音像店及书店的防盗手段。由于工作原理的限定，由一个发射线圈、一个接收线圈相互对应而组成监测通道，其发射线圈的几何形状决定了监测通道内磁场磁力线的分布。当通过监测通道防盗磁条的纵向与发射磁场的磁力线相交时，产生正比于发射磁场频率n次倍频的折射信号，其折射信号的强度取决于防盗磁条与发射磁场磁力线相交的角度、磁条的长度、监测通道宽度及发射磁场的发射功率等。现有的监测系统均采用一个独立的发射线圈，同方向绕成一个绕组，或绕成一大、一小两个绕组，为单一的几何形状。又因为发射线圈在监测通道的一侧，接受线圈为相对的另一侧，通道内的发射磁场为一侧强、一侧弱，因此形成了监测通道内的监测盲区。同时发射信号源为方波波形的时钟信号，经过积分后形成的近似正弦波信号，所发射磁场含有丰富的谐波成分。加之现有的电磁防盗系统工作原理及物理条件的限定，发射信号频率恰好在音频范围较为敏感的1K HZ附近，这样磁场的发射，不可避免的带来扰人的噪音。该类监测系统的信号检出，采用的是单脉冲触发方式，由通用的电压比较器芯片作放大后的接收信号和人工设定的基准电压两者间电位比较，基准电压由电位器人工设定。当基准 电压设定较低时，监测系统有较高的灵敏度，但抗干扰性能较低，反之灵敏度减低，抗干扰性能增强。为达到监测目的就需要较长的防盗磁条。由于监测系统只对单个信号幅度做出比较判算，不做时间宽度上的要求和约束，这样，各种干扰，尤其是空间的脉冲干扰极易使监测系统产生误报。另外，磁场中丰富的谐波成分也会对通过监测通道人员随身携带的金属物件激发出折射信号，对系统造成错误的检出，引发误报。由于前述原因，此类防盗系统性能受到极大限制：因噪音扰人，发射功率不能大；为减少误报，监测磁条必须要长，大于16cm时方能有效实施防盗监测；为保证其监测系统的灵敏度，监测通道宽度小于70cm。同样是由于发射信号的原因，此类防盗系统不能组成多机、多通道的工作方式。现在市场上的双通道是在普通监测通道的发射线圈外侧再增加一个接收线圈组成。综前所述，此类防盗系统的应用受到限制。目前，市场上电磁防盗系统均属此类。只能在图书馆、书店等场合使用。

现阶段在超市普遍使用的是声磁防盗系统和射频防盗系统(也称为微波防盗系统)。声磁防盗系统所用的防盗标签体积为45*10*4mm，体积较大，隐蔽性较差，其由三层薄钢片组成的电声转换结构，当手指压其表面时标签监测性能就会失效。另外标签的价格也较高。价格较低的商品或体积较小的商品都不易使用。射频防盗系统的防盗标签为纸质的衬底，采用印刷技术制成的L、C谐振线圈。其面积为40*40mm，不适合在体积较小的商品上使用，还由于其物理特性限制，不能在金属膜、金属盒包装的商品及含有液体成分的商品上使用。当使用环境空气湿度较大时其监测性能也会丧失，该系统的优点是监测通道造型 简单、明快。系统的使用成本较低。一般是采用可重复使用的硬标签在服装、鞋帽类的商品上作防盗监测。

对一般超市而言，其商品的多样化，要求所用的防盗标签体积尽可能小，如果是电磁防盗系统则要求防盗磁条尽可能的短，纸质的电磁防盗标签面积同样尽可能是小，监测通道尽可能宽，不存在监测盲区。在组成多机、多通道使用时，不会产生相互间的干扰或自激，并不受安装距离限制。对于金属膜、金属盒包装的商品不会产生误报及漏报，在含有液体成分的商品上能实施正常的防盗监测，其监测报警和干扰提示能以多种更人性化的方式完成。

技术实现要素：
：

为克服现有电磁防盗系统存在的监测盲区及相关问题，本发明采用由四个发射线圈其几何形状互反的形式组成两个复合发射单元，每个复合发射单元再加上一个接收线圈组成一个发射接收一体化组合，再由这样的两个发射接收一体化组合相互对立安装，构成一个典型电磁防盗系统的监测通道。四个几何形状互反的发射线圈作监测磁场的互补发射，监测通道内被四个发射线圈所发射磁场的磁力线全覆盖，监测用的防盗磁条和纸质电磁防盗标签在监测通道内任一位置和角度都会和发射磁场的磁力线相交，而折射出频率为磁场发射频率n次倍频的电信号，位于监测通道两侧发射接受一体化组合上的接收线圈完成对该信号对拾取。

CPLD产生超低频高精度的正弦波信号和用于锁相放大的两路锁相扫描时钟，依托CPLD自身可编程设定硬件的特性，采用软件编程完成了系统时钟的分频，分频后超低频高精度的正弦波信号无时序上的 済后现象，因而保障其精度，并由此正弦波作为发射时钟驱动监测磁场的发射消除了发射噪声。为保证发射磁场的正常工作，不自激、互不干扰，四个独立的监测磁场发射功率放大器，采用了差动输入、深度负反馈的OCL功率放大器。四个监测磁场发射线圈为L.C串联工作方式。与发射线圈串联的发射电容，采用聚丙烯类的CBB电容，因其独有的自恢复特性和负温度系数特点，保障了四个功率放大器及磁场发射的稳定性。由于四个发射线圈所形成的磁场磁力线是单个发射线圈所形成磁力线的倍数，因此监测通道得以加宽，采用32mm长防盗监测磁条便能作到无盲区监测。接收线圈为8字绕法，外观的几何形状根据需要而定，可以是正方形，也可以是椭圆形，也可以是其它的形状。但其几何中心和两个由发射线圈以几何形状互反组成复合发射单元的几何中心相重叠，以求得发射磁场中的信号电平平衡作用于接收线圈。两个接收线圈将接收信号分别送至相对应的两个前置缓冲放大单元作缓冲放大。前置缓冲放大单元为直流放大器，放大后的信号其中一路去锁相放大单元作拾取到信号的锁相放大。受来自CPLD两路锁相扫描时钟频率的控制，锁相放大单元的增益和抗干扰性能作自动调整。由微处理器在作基准电平数据处理时判算得出对锁相放大单元的锁相扫描时钟控制的函数，根据其函数的数值控制CPLD输出的锁相扫描时钟的相应频率。采用动态锁相扫描时钟频率控制可以兼顾到灵敏度和抗干扰，使其更具实用性。经过锁相放大单元放大后的信号以监测磁条所折射的信号为主同时含其他干扰成分。经整流成直流电平后，送至微处理器相应输入端口作A/D转换进行数字化的判算处理。来自前置缓冲放大单元的另一路信号去基准电平放大单元，作进 一步的直接放大。该信号包含发射磁场的基准电平、金属干扰及空间电磁脉冲干扰信号电平。通过基准电平放大后的信号电平经整流成直流电平后，由微处理器相应的输入端口采集，作A/D转换及数字化的判算处理。同时来自前置缓冲放大单元的信号还要在基准电平比较器单元作信号电平幅度比较判别。该基准电平比较器由单独的芯片完成，目的是当监测磁场出现大幅度的金属干扰或来自空间的电磁干扰脉冲时比较器的输出翻转，比较器的输出与微处理器的相应中断输入口相连，微处理器以中断工作方式及时对其作出处理。用来参与作基准电平比较的基准电压由电位器设定。一般设定的阈值较高，以完成只对大幅度干扰信号的拦截。

微处理器实时运行中采用自适应算法的软件建立了来自监测磁场接收信号经锁相放大后的两路信号电平的判算模板和通过基准电平放大后的两路信号电平的判算模板。四路模板的判算均值、差值的结果数据始终更新在N-1至N1-n的时间段。

结合光电发射和光电接收功能，当光电接收信号有效时，微处理器将此刻向前追述2-3秒和向后实时延续2-3秒所采集的信号作软件上的判算处理。该时间段大约为被监测人员及物品通过监测通道的时间。其光电监测安装于发射接收一体化组合的中间位置，为保证监测过程信号采集的完整，采用向前追述和向后实时延时的方式采集信号。如果光电信号连续出现有效时，微处理器将实时处理的时间同步延长。以此滤除掉其他时间段的各种信号，只将在光电有效的时间段出现的信号作相应的处理。微处理器首先将经锁相放大后的信号扣除基准电平放大中的信号，以剔除随人体携带金属物品造成的干扰和来 自空间的脉冲干扰。然后再将锁相放大的信号和基准电平放大的信号与各自的判算模板作数字化的判算。当来自锁相放大中的信号判算得出有效值时，还要作时间窗口宽度上的判算。即出现的监测异常信号时，要达到一定时间宽度才能判算为有效。当异常信号的有效值为较大值时，可取较小的时间宽度，反之则取较大的时间宽度，用时间宽度的判算可进一步筛选出来自空间的各种干扰。

CPLD输出的两路锁相扫描时钟经过光电耦合器作了隔离转换，再经过史密特整形电路对其进行整形，而后完成了CPLD和锁相放大单元的电平上连接。微处理器和CPLD采用单一的+3.3V工作电源，锁相放大单元工作电源为正负5V。转换后的两路锁相扫描时钟与两个锁相放大单元的两路锁相扫描时钟输入端相连。

为保证接受收信号在处理过程中的性能稳定，将两路用于接收信号放大处理的前置缓冲放大、锁相放大、基准电平放大、基准电平比较部分由两块相同的电路板板，采用相同的布局和器件组合成两个信号处理结构模块。每个信号处理结构模块的电参数设定为不同值。通过插件与主板相接。这样便于根据系统实际的参数选择相对应的信号处理结构模块作最佳的匹配使用。

发明的另一方面，为满足多监测系统在同一场合安装使用，各系统之间的安装距离不受限制。由CPLD完成作为主机时的系统时钟输出或作为从机时的系统时钟输入。首先由CPLD读取主从机设定，CPLD在其内部完成相应的主从机工作状态的变换。作为主机时，晶振时钟经CPLD内部分频为的系统时钟后采用高电压、大幅度的射级驱动方式完成对外部从机输出驱动。作为从机输入时，来自外部主机输入的 系统时钟经过史密特整形虑出传输过程中造成时钟畸变后进入CPLD。CPLD在其内部以其输入的系统时钟为主时钟，完成其下一步的分频。

发明的另一方面，为使监测现场人员对监测系统工作掌握的更为直观准确，系统采用监测到异常结果作监测报警，出现大幅干扰时作干扰提示的工作方式。并将监测报警和干扰提示的指示分为两路分别安装在各自的发射接收一体化的组合体上。这样无论是监测通道的那一侧、单独、或同时监测到异常报警信号及大幅干扰时，经微处理器判算后，将驱动两路异常报警和干扰提示完成各自的相关动作，这样作可使该功能更具指向性，更加人性化。

本发明的有益效果是：与传统的电磁式防盗系统相比，由两个发射接收一体化组合构成的监测通道，其通道内已被发射磁场的磁力线全覆盖，不存在监测盲区。应用范围广，采用电磁防盗由于其物理特性的原因不受商品金属膜、金属盒包装及含有液体成分商品的限制，可适用于各类超市商品。抗干扰能力强，能在各种环境下工作。使用成本低，采用国产材料制作的磁条防盗标签和纸质的防盗标签具有极低的价格。防盗标签体积小，磁条防盗标签最小仅为28*1*0.2mm，纸质的防盗标签为2*1平方厘米即可达到满意的监测效果。

在实际使用过程中，可根据需要用一个发射接收一体化组合作一个监测系统使用，也可用两个发射接收一体化组合构成一个典型的防盗系统使用，还可以用主从机功能完成多机、多通道的安装使用。至此本发明的优点是显而易见的。

应理解，在不背离本发明的范围下，可对本发明作出改变，还应理解，本发明范围的解释在按照上面公开阅读时是不受本文公开的特定 实施例的限制，而仅仅根据附属的权利要求书。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

图1为一方框图，示出按本发明完成的智能无盲区电磁防盗系统的示例。

图2A、图2B、图2C分别示出了斜角几何形状的发射线圈，8字绕法的接收线圈及由两个各自独立的发射线圈和一个接收线圈组成的发射接收一体化组合示例。

图3示出由两个发射接收一体化组合组成的监测通道示例。

具体实施方式

为使解释简单易懂，本文连同其各种示范实例说明本发明，但业内人士会认识到，可以在各种配置下实现本发明的特征和优点，从而理解本文说明的各实施例是以示意方式给出的，而不是限制性的。

图1是方框图，示出本发明智能无盲区电磁防盗系统中部分示例。

由主从机设定(27)的输出与CPLD(2)相应输入相连，主从机设定(27)状态控制CPLD(2)作出相应动作。当主从设定(27)为主机状态时，CPLD(2)将晶振时钟(32)送来的时钟作系统分频，分频出的系统时钟一路驱动主机时钟输出(28)作相应的系统时钟输出。主机时钟输出(28)将完成系统时钟信号大幅度的变换及射级驱动。另一路在CPLD(2)内部作系统时钟使用。当主从机设定(27)为从机状态时，从机时钟输入(29)采用施密特电路完成对外部主机送来的系统时钟整形，整形后进入CPLD(2)相应输入端口，作为CPLD(2)内部系统时钟使用。此时晶振时钟(32)时钟在CPLD(2)的内部断开，停止 其时钟工作。CPLD(2)内部系统时钟经分频后，产生作为监测系统磁场发射所用的超低频、高精度正弦波，并同步产生其N次倍频的两路供锁相放大的锁相扫描时钟。缓冲放大(3)为复合的两级放大。它完成对超低频、高精度正弦波的进一步的滤波隔离放大，及对四路功放的驱动，包括：由A路功放(4)、A发射线圈(5)、A发射电容(6)组成A通道的磁场发射单元，由B路功放(7)、B发射线圈(8)、B发射电容(9)组成的B通道磁场发射单元，由C路功放(11)、C发射线圈(12)、C发射电容(13)组成C通道磁场发射单元，由D路功放(14)、D发射线圈(15)、D发射电容(16)组成的D通道磁场发射单元。

为保证四路发射单元电气参数一致和工作的稳定，由A路功放(4)和B路功放(7)构成一个电路板结构模块(37)、由C路功放(11)、D路功放(14)构成一个电路板结构模块(38)。A路功放(4)、B路功放(7)、C路功放(11)、D路功放(14)使用的OCL功率放大器其电路板结构模块所用元器件均采用对称式的参数和布局。

A发射线圈(5)与B发射线圈(8)以几何图形互反的结构和A接收线圈(10)组成如图2C示列所示的发射接收一体化组合，C发射线圈(12)与D发射线圈(15)以几何图形互反的结构和B接收线圈(17)组成如图2C示列所示的发射接收一体化组合。每个一体化组合的发射和接收线圈以紧耦合的捆绑方式构成。为使每个发射接收一体化组合的两个发射线圈的发射磁场电平平衡的作用于接收线圈上。A接收线圈(10)、B接收线圈(17)为8字绕法绕成，如图2B所示。也可根据需要采用其他的几何外形完成。为保证对监测磁场中磁条折射的 信号有效的接收，分别调整发射接收一体化中的两个发射线圈和接收线圈的相对位移，使来自监测磁场的电平在没有监测标签折射信号前提下，经过A前置缓冲放大(18)、B前置缓冲放大(19)后，在其输出端呈现最小电平值。

A接收线圈(10)、B接收线圈(17)分别与A前置缓冲放大(18)、B前置缓冲放大(19)输入相连。A前置缓冲放大(18)、B前置缓冲放大(19)为直流放大器，在此完成对发射磁场拾取各种信号的缓冲放大。A前置缓冲放大(18)、B前置缓冲放大(19)输出的信号各自分两路，一路信号作进一步的锁相放大，分别与A锁相放大(20)、B锁相放大(21)的输入相连。目的是将在监测磁场拾取所有信号中的磁条折射信号提取出来。CPLD(2)两路锁相扫描时钟输出与电平转换(22)的两路输入相连、电平转换(22)的两路输出分别与A锁相放大(20)B锁相放大(21)的两路锁相扫描时钟输入相连。微处理器(1)的相应输出与CPLD(2)的相应输入相连，以完成对锁相扫描时钟的频率控制。锁相扫描时钟频率的控制函数由微处理器(1)根据对A基准电平(23)、B基准电平(24)的数值分析判算后得出。

另一路A基准电平放大(23)、B基准电平放大(24)的输入分别与A前置缓冲放大(18)、B前置缓冲放大(19)的输出相连。A基准电平放大(23)、B基准电平放大(24)将A前置缓冲放大(18)、B前置缓冲放大(19)送来的信号作进一步放大并整流成直流电平后，送至微处理器(1)的相应输入端。微处理器(1)对其作实时的采集、完成对各种干扰信号的处理。A基准电平比较(25)、B基准电平比较(26)的输入分别与A前置缓冲放大(18)、B前置缓冲放大(19)的 输出相连，A基准电平比较(25)、B基准电平比较(26)的输出分别与微处理器(1)相应的中断输入相连。完成对大幅度干扰信号的实时拦截。

A前置缓冲放大(18)、A锁相放大(20)、A基准电平放大(23)、A基准电平比较(25)构成一个信号处理结构模块(45)。B前置缓冲放大(19)、B锁相放大(21)、B基准电平放大(24)、B基准电平比较(26)构成一个信号处理结构模块(46)。信号处理结构模块(45)、(46)可以互换使用。

光电发射时钟由CPLD(2)内部的系统时钟分频产生。其输出与光电发射(30)的输入相连。光电发射(30)为一独立的光电发射模块。光电接收(31)与光电发射相互对立安装使用，当光电发射被遮挡时光电接收(31)输出翻转，当遮挡结束其恢复原状态。光电接收为一独立的光电接收模块，其输出与微处理器(1)相应的中断输入相连。微处理器(1)根据光电接收(31)输出翻转及恢复原状态的时间，完成该时刻监测信号的向前追述和向后延时时间段的判算处理。

微处理器(1)监测报警、干扰提示功能由其相应的输出分别与A路监测报警(33)、A路干扰提示(34)、B路监测报警(35)、B路干扰提示(36)的输入相连。A路监测报警(33)、A路干扰提示(34)，B路监测报警(35)、B路干扰提示(36)为模块化结构，结构内包括缓冲放大及功率驱动。

微处理器(1)不受限于特定的处理器类型，可以是来自各公司的产品。CPLD(2)为大规模硬件可编程逻辑器件，也可以用FPGA及传统的数字芯片完成，同样不受生产厂家及型号的限制。

图2A是几何形状为斜角形发射线圈，标号(39)其角度为35度至55度之间，标号(39A)是与其对应对另一边。其线圈采用同方向绕制。

图2B是8字绕法其几何形状为直方形的接收线圈，标号(41)、(41A)、(42)、(42A)为线圈绕组，标号(43)、(44)为8字绕法的折返点。

图2C为两个发射线圈与一个接收线圈构成发射接受一体化组合，粗实线为两个各自独立的发射线圈，细实线为接收线圈。

依图2C所示，两个发射线圈以其标号(40)、(40A)在复合后上下垂直为一条线的位置作为组合体的外围，与接收线圈平行构成发射接收一体化组合。两个发射线圈复合后的几何中心与接收线圈的几何中心在一个轴心上重合。其中接收线圈标号(41)、(41A)处的中心位置的几何宽度为两个发射线圈复合后标号(40)、(40A)处的中心位置宽度的1/4至3/4之间。

图3是由两个发射接收一体化组合构成典型系统时的监测通道示意图。